HDLC（高级数据链路控制规程）几乎是目前所有数据链路层协议的原型，属于HDLC家族的协议有：X.25分组交换网中的链路接入协议LAPB；帧中继网络中的数据链路层帧方式接入协议LAPF；调制解调器中的差错控制协议LAPM；在SDH传输网中支持因特网IP协议的LAPS等。在连接广域网的路由器中，以前常常使用HDLC。目前使用单纯的HDLC的场合比较少，基本上都是HDLC的变种。

HDLC的标准制定于1976年，按照当时一台大型计算机带多个终端的结构，HDLC定义了3种类型的站（主站、次站和组合站）、两种通信链路结构（非平衡型和平衡型）、3种数据传输操作方式（正常响应方式、异步响应方式和异步平衡方式）。

主站负有链路控制的责任，次站按照主站的命令进行数据收发，组合站的地位平等。主站实际上是指计算机，次站指终端，组合站的概念类似于现在的主机或网络结点。非平衡链路是指一个主站多个次站的链路结构，平衡链路是指点到点的链路结构。正常响应方式是指次站经主站探询后才能发送数据，异步响应方式是指次站不必经主站探询就可发送数据。异步平衡方式没有主次之分，谁都可以发送数据。对于目前常见的点到点链路，HDLC实际上仅仅利用了其中的组合站、平衡链路和异步平衡方式的概念。

1.HDLC帧结构

HDLC的命令和响应采用统一的帧格式传输。完整的帧由标志字段（F）、地址字段（A）、控制字段（C）、信息字段（I）和帧校验字段（FCS）组成，如图8-24所示。

图8-24　HDLC帧结构

1）帧标志F。帧标志F（Flag）采用特定的比特组合01111110，用于帧同步和帧间填充。所有的帧必须以F开头，以F结束。相邻帧之间可以是一个F，既作为前面帧的结束，又作为后继帧的开头。

HDLC采用“0”比特插入/删除技术来实现透明传输，即确保在通信链路上除了标志F外，帧中任何地方都不会出现01111110的比特组合。具体做法是：发送端检测两个F之间的帧的内容，如果有连续的5个“1”，就要在5个连“1”之后插入1个“0”。接收端检测所接收的帧，如果发现标志F之间有连续5个“1”，则将其后的“0”删去。图8-25所示为一个“0”比特插入/删除的例子。

图8-25　零比特插入删除技术

接收方如果收到连续6个“1”，后面是“0”，则认为遇到标志F。接收方如果收到连续6个以上的“1”时，就可断定发生了异常情况。如果连续“1”的数目为7个以上，接收方就认为传输出错，丢弃该帧。

2）地址字段A。地址字段用于标识次站地址，长度通常为8位。HDLC约定，地址11111111为广播地址，用以对全体次站的探询。地址00000000为测试地址，所有站都不引起动作和响应。当次站较多时，HDLC规定地址字段可按8位的倍数进行扩展。在扩展地址字段时，字节的最低位置“0”，表示后继的字节是扩充地址字段，即最低位是一个“链接位”。最后一个扩充的地址字段字节的最低位置“1”，如图8-26所示。

图8-26　扩充地址字段（阴影部分组成真正地址）

对于点到点链路，地址字段无用，常被HDLC的变种协议用于其他用途，如帧中继网络LAPF中的数据链路标识符DLCI等。

3）控制字段C。控制字段定义了帧的类型、帧序号等，用于数据链路的控制。通常为8位，扩展模式下为16位。控制字段的格式如图8-27所示。

图8-27　HDLC控制字段的格式

a）8bit控制字段格式　b）16bit控制字段格式

在控制字段中，N（S）为帧的发送序号；N（R）为接收序号，表示已正确接收对方N（R）以前的所有的帧，期望接收对方序号为N（R）的帧。N（S）和N（R）共存于同一个帧内，意味着两站之间可以进行全双工通信，并在发给对方的帧中，顺便携带给对方的应答，这种方法称为“捎带”技术。N（S）和N（R）的编号从0～7，即最大发送窗口尺寸为7。在长时延（如卫星通信）或高速的通信线路上，窗口尺寸显得太小，这时控制字段可采用16位的扩展格式，扩展格式除发送序号和接收序号字段变为7位外，其他字段没有变化。

在控制字段中，P/F是探询/结束位。在命令帧中，P/F作为探询位P。P置1，要求对方立即予以响应。在响应帧中，P/F作为结束位F。F置1，表示该帧是最后一个信息帧，或者该帧是对P置1的帧的响应。

S为监控功能位，定义了4种监控帧。M为无编号功能位，定义了27种无编号帧，提供数据链路管理功能。(www.daowen.com)

4）信息字段I。信息字段可包含任何位序列，长度未作规定，应为8位的倍数。系统一般根据其缓冲器容量的大小，规定一个最大值。

在信息帧中，信息字段为用户的数据。一些无编号帧的信息字段内容为控制、状态信息。监控帧无信息字段。

5）帧检验序列FCS。FCS使用16位或32位的循环冗余校验。一般情况下，使用ITU-T V.41建议推荐的16位生成多项式：CRC-CCITT，即x¹⁶+x¹²+x⁵+1。计算范围包括A、C、I3个字段。计算时不包括为透明传输而插入的比特。

2.HDLC帧类型

HDLC在帧的控制字段C中定义了3种类型的帧，即信息帧（I帧）、监控帧（S帧）和无编号帧（U帧）。

信息帧用来传送用户数据并捎带确认响应。

监控帧用做流量控制和差错控制。监控帧有4种：RR帧、RNR帧、REJ帧和SREJ帧。

RR帧，即接收就绪（ReceiveReady），提供确认响应，用来表示可以接收I帧，并且通知对方已正确接收了N（R）以前的所有I帧。当己方有信息帧发送时，通常采用捎带技术把确认响应通知给对方。当己方没有信息帧发送时，又需要对对方的帧进行确认，就使用RR帧把确认响应通知给对方。

RNR帧，即接收未就绪（Receive Not Ready），用来表示站处于忙的状态，不能接收后续的I帧，但N（R）-1为止的I帧均已被确认。

REJ帧，即拒绝（Reject），用以请求重发序号为N（R）起始的所有帧，而N（R）-1以前的帧已正确接收，实际上采用的就是返回N-ARQ差错控制方法。

SREJ帧，即选择拒绝（Select Reject），用以请求重发序号为N（R）的单个的帧，而序号到N（R）-1为止的帧均已被确认，实际上采用的就是选择拒绝ARQ差错控制方法。

无编号帧用于链路控制。无编号就是帧没有序号，既无N（S）也无N（R）。

U帧包括命令帧和响应帧，可分为以下几类：初始化设置操作方式、控制信息传送、恢复及其他命令和响应。例如，设置操作方式，是否为扩展模式（控制字段为16位）等。

3.HDLC的操作过程

HDLC按照数据链路控制过程3个阶段来操作：建立链路，传送数据，断开链路。图8-28描述了这3个阶段在主站和次站之间进行通信时所使用的帧类型。总的过程是：HDLC利用无编号帧来建立数据链路；通过互送信息帧，完成主站与次站之间的数据交换，数据传输期间可能会使用监控帧进行差错控制和流量控制；数据传输完毕后，再利用无编号帧断开数据链路。

图2-28所示为一个典型的点到点链路传输过程，图中“SABM，P”表示发送P位设置为1的SABM帧，“I，2，0，P”表示发送N（S）=2、N（R）=3、P位置1的信息帧。

HDLC通过初始化和设置操作方式来建立链路，SABM（设置异步平衡模式）是U帧的一种命令帧，UA（无编号确认）是U帧的一种响应帧。初始化后，双方的序号都置为0，并启动相应的计时器，如重发计时器。

当建立链路后，双方就建立起一个逻辑连接，这时双方可以开始通过信息帧发送用户的数据，帧序号从0开始，以8或128为模顺序编号，取决于使用的是3bit序号还是8bit序号。如果传输正确，就使用RR监控帧进行确认。如果传输出错，就需要使用REJ、SREJ监控帧进行差错控制。

当链路出现某种故障或高层用户发出请求时，任何一方都可以断开链路，通过发送一个DISC（断开）无编号帧宣布连接终止，对方用一个UA（无编号确认）响应帧来接受断开请求，并通知高层用户连接已经终止，这时，所有未被确认的信息帧都会丢失，这些帧的恢复是高层用户的职责。

一般设备通电后，HDLC就开始进行连接，平常都处于数据传输阶段，只有出现故障、进行维护等特殊情况才会断开链路。这与TCP等运输层协议的使用情况是完全不同的，尽管它们都具有面向连接协议的3个阶段。

图8-28　HDLC的数据传输过程